虚拟现实与增强现实技术导论第一章虚拟现实技术概论
第 1 章 虚拟现实概论
虚拟现实分类（3/4）
（3）共享型虚拟现实系统
（网络虚拟现实，又称为分布式虚拟环境） 是一种基于网络连接的虚拟现实系统， 它是多个用户通过计算机网络连接在一起， 同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历， 把虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这 就是分布式虚拟现实系统。在分布式虚拟现 实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟 世界进行观察和操作，以达到协同工作的目 的。例如，异地的医科学生，可以通过网络， 对虚拟手术室中的病人进行外科手术。又如 风靡因特网的网络游戏，其实就是共享型虚 拟现实系统的有力表现。众多玩家可以在同 一个虚拟环境中交互式的进行交流、打斗、 组织甚至生存，让虚拟的情节持续发展。
洽谈
讨论
设计
虚拟现实分类（3/4）
（4）增强现实型虚拟现实
增强现实型虚拟现实不仅是利用虚拟现实 技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要 利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就 是增强现实中无法感知或不方便的感受。
例如：战机飞行员的平视显示器，它可以 将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行 员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员不必 低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯 着敌人的飞机或导航偏差。
美国1995年出品的科幻片 《钟尼记忆术》中的一个片断
前言
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是在计算机图形学、计 算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上 发展起来的交叉学科，由于它生成的视觉环境是立体的、音效是立 体的，人机交互是和谐友好的，因此虚拟现实技术将可以改变人与 计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，即计算机创造的环境将人们 陶醉在流连忘返的工作环境之中。
虚拟现实的概念模型
虚拟环境系统提供的各种感官刺激
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实与增强现实技术虚拟现实（VR）和增强现实（AR）是当今信息技术领域中备受关注的两项技术。
它们以各自独特的方式改变着人们的生活方式和思维方式。
本文将从概念、应用领域以及对社会的影响等方面介绍虚拟现实和增强现实技术。
一、虚拟现实技术虚拟现实技术是一种通过计算机仿真技术创建出一个全新的虚拟环境，使用户可以身临其境地感受到虚拟世界。
它通过利用多媒体技术，例如图像、声音和触觉等，为用户提供身临其境的体验。
虚拟现实技术主要由硬件设备和软件系统构成。
硬件设备包括头戴式显示器、手柄控制器、感应器等，用于感知用户的动作并将其反馈到虚拟环境中。
软件系统则负责生成和管理虚拟环境的图像和声音。
虚拟现实技术已经广泛应用于娱乐、教育、医疗和工业等领域。
例如，在娱乐领域，虚拟现实技术可用于游戏、电影和主题公园等，让用户能够身临其境地体验不同的情境。
在教育领域，虚拟现实技术可以提供更直观、丰富的教学内容，帮助学生更好地理解抽象概念。
在医疗领域，虚拟现实技术可以用于模拟手术操作、康复训练等，提高医疗水平和效率。
在工业领域，虚拟现实技术可以应用于产品设计、维修培训等，提高工作效率和安全性。
虚拟现实技术的发展对社会产生了积极的影响。
首先，它提供了一种全新的沟通和交互方式，突破了时间和空间的限制，让人们可以在不同的虚拟世界中体验和创造。
其次，虚拟现实技术在教育、医疗和工业等领域的应用，不仅可以提供更好的服务和体验，还可以降低成本和风险。
最后，虚拟现实技术为人们带来了娱乐和休闲的新方式，丰富了人们的生活。
二、增强现实技术增强现实技术是一种将虚拟元素与真实世界结合的技术，通过计算机图形、声音、视频等技术，将虚拟信息叠加在真实世界的场景之上，使用户可以同时感知到虚拟和真实的元素。
增强现实技术主要由硬件设备和软件系统构成。
硬件设备包括智能手机、头戴式显示器、眼镜等，用于感知用户的环境并将虚拟元素叠加在其中。
软件系统则负责生成和管理虚拟元素与真实场景的融合。
虚拟现实与增强现实技术解析
02
增强现实技术概述
定义与发展历程
定义
增强现实（Augmented Reality，简称AR）是一种将虚拟信 息融合到真实世界中的技术，通过计算机生成的图像、声音 、触觉等感官信息，增强用户对现实世界的感知和交互体验 。
发展历程
自20世纪90年代初期，AR技术开始受到关注并迅速发展。随 着计算机视觉、图形学、人机交互等技术的不断进步，AR技 术在医疗、教育、娱乐等领域的应用逐渐拓展和深化。
质量的虚拟三维场景和物体，保证用户在虚拟环境中的视觉体验。
应用领域及案例
游戏娱乐
教育培训
工业设计
医疗健康
虚拟现实技术为游戏玩家提 供了更加真实、沉浸式的游 戏体验。例如，玩家可以在 虚拟的游戏世界中自由探索 、战斗和合作，获得前所未 有的游戏乐趣。
虚拟现实技术可以模拟各种 真实场景和情境，为教育培 训提供更加生动、直观的教 学方式。例如，医学学生可 以通过虚拟现实技术进行手 术模拟训练，提高实际操作 能力。
果，优化城市规划决策。
06
虚拟现实与增强现实融合探
讨
技术融合可能性分析
技术基础
虚拟现实（VR）与增强现实（AR）技术各自发展 成熟，为技术融合提供了基础。
互补性
VR提供沉浸式体验，AR则强调现实与虚拟信息的 叠加，二者具有互补性。
硬件设备兼容性
随着技术的发展，VR和AR设备在硬件方面的兼容 性逐渐提高，为技术融合创造了条件。
设计评审与展示
通过虚拟现实技术，设计 师可以更加直观地展示设 计成果，方便与客户或团 队成员进行沟通和评审。
05
增强现实技术应用详解
市场营销领域应用
产品展示
营销推广
通过增强现实技术，消费者可以在购 买前更直观地了解产品的外观、功能 和特点。
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实与增强现实技术一、虚拟现实技术1.定义：虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机技术模拟出的一种人工环境，用户可以通过头盔显示器、手柄等设备，全方位地感受和操作这个环境中的内容，如同真实世界一般。
2.原理：虚拟现实技术利用头戴式显示器、传感器、计算机等设备，将用户的视觉、听觉、触觉等感官与虚拟环境相结合，使用户产生身临其境的感觉。
3.应用领域：虚拟现实技术在游戏、教育、医疗、军事、房地产等领域有着广泛的应用。
例如，虚拟现实游戏可以让玩家沉浸在游戏世界中；虚拟现实教育可以提供更加生动、直观的学习体验；虚拟现实医疗可以用于心理治疗和康复训练等。
二、增强现实技术1.定义：增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）是一种将虚拟信息与现实世界融合的技术。
通过智能手机、平板电脑、头戴式显示器等设备，在现实世界中叠加虚拟信息，使用户能够实时地看到虚拟信息与现实世界的结合。
2.原理：增强现实技术利用计算机图形学、视觉识别等技术，将虚拟信息实时地渲染到用户的视野中。
用户可以通过设备看到现实世界的同时，也能看到虚拟信息，从而实现虚拟与现实的融合。
3.应用领域：增强现实技术在游戏、教育、医疗、购物等领域有着广泛的应用。
例如，增强现实游戏可以让玩家在现实世界中与虚拟角色互动；增强现实教育可以提供更加生动、直观的教学方式；增强现实购物可以用于试穿、试戴等场景，提高购物体验。
三、虚拟现实与增强现实技术的区别与联系1.区别：虚拟现实是完全模拟出一个全新的环境，使用户沉浸在其中；而增强现实是在现实环境中叠加虚拟信息，使用户能够看到现实与虚拟的融合。
2.联系：虚拟现实与增强现实技术都是计算机视觉领域的重要应用，它们在技术上有相似之处，如计算机图形学、视觉识别等。
同时，这两种技术都可以为用户提供丰富、直观的交互体验。
四、未来发展1.硬件设备的发展：随着技术的进步，虚拟现实与增强现实设备的性能将不断提高，更加轻便、舒适、低延迟的头戴式显示器将逐渐普及。
虚拟现实技术概论 第2版 第1章 虚拟现实
VR的概念-发展历程
虚拟现实技术理论 的完善和应用阶段
1994 年，日本游戏公司 Sega 和 任天堂分别针对游戏产业而推出 Sega VR-1 和Virtual Boy，但是 由于设备成本高等问题，以 至于最 后使 VR 的这次现身如昙花一现。
2012 年 Oculus 公司用众筹的方 式将VR设备的价格降低到了300 美 元，同期的索尼头戴式显示器 HMZ-T3 高达6000元左右，这使 得VR向大众视野走近了一步。
1975 年 ， 迈 隆 · 克 鲁 格 （Myron Krueger ）设计了 VIDEOPLACE系 统,可 以 产生 一个虚拟图形环境。
1985 年 ， 麦 克 格 雷 维 （Michael McGreevy ）领导 完成的 VIEW 系统。
Myron Krueger（左一） VIEW虚拟现实系统
VR分类
分布式VR系统 Distributed VR
VR的分类
桌面式VR系统（Desktop VR）
基本上是一套基于普通PC平台的 小型桌面虚拟现实系统。
使用个人计算机（PC）或初级图形 PC工作站去产生仿真，计算机的屏 幕作为使用者观察虚拟环境的窗口。
立体眼镜、位置跟踪器、数据手套 或者6个自由度的三维空间鼠标等设 备操作虚拟场景中的各种对象。
02
VR的特性
VR的特性（1M3I）
多感知性(Multi-Sensory)
视觉感知、听觉感知、力觉感知、触觉感知、 运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。
交互性（Interactivity）
利用一些传感设备进行交互，感觉就像是 在真实客观世界中一样。
沉浸性（Immesion）
利用三维立体图像，给人一种身临其境的 感觉。
虚拟现实技术概论教案
虚拟现实技术概论教案第一章：虚拟现实技术简介1.1 课程目标了解虚拟现实技术的概念、发展历程和应用领域。
1.2 教学内容1.2.1 虚拟现实技术的定义1.2.2 虚拟现实技术的发展历程1.2.3 虚拟现实技术的应用领域1.3 教学方法采用讲授法，结合案例分析，让学生了解并掌握虚拟现实技术的基本概念和发展状况。
1.4 教学活动1.4.1 导入：介绍虚拟现实技术的定义1.4.2 讲解：分析虚拟现实技术的发展历程和应用领域1.4.3 案例分析：让学生通过案例了解虚拟现实技术的应用1.5 作业与评估要求学生课后总结虚拟现实技术的发展历程，并在下一节课上进行分享。
第二章：虚拟现实技术的原理与技术2.1 课程目标了解虚拟现实技术的原理，掌握虚拟现实技术的关键技术。
2.2 教学内容2.2.1 虚拟现实技术的原理2.2.2 虚拟现实技术的关键技术2.3 教学方法采用讲授法，结合实验演示，让学生了解虚拟现实技术的原理和关键技术。
2.4 教学活动2.4.1 讲解：介绍虚拟现实技术的原理2.4.2 实验演示：展示虚拟现实技术的关键技术2.5 作业与评估要求学生课后总结虚拟现实技术的关键技术，并在下一节课上进行分享。
第三章：虚拟现实系统的组成与分类3.1 课程目标了解虚拟现实系统的组成，掌握不同类型的虚拟现实系统。
3.2 教学内容3.2.1 虚拟现实系统的组成3.2.2 虚拟现实系统的分类3.3 教学方法采用讲授法，结合实物展示，让学生了解虚拟现实系统的组成和分类。
3.4 教学活动3.4.1 讲解：介绍虚拟现实系统的组成3.4.2 实物展示：展示不同类型的虚拟现实系统3.5 作业与评估要求学生课后总结虚拟现实系统的分类，并在下一节课上进行分享。
第四章：虚拟现实技术的应用领域4.1 课程目标了解虚拟现实技术在不同领域的应用，掌握虚拟现实技术的产业现状。
4.2 教学内容4.2.1 虚拟现实技术在娱乐领域的应用4.2.2 虚拟现实技术在教育领域的应用4.2.3 虚拟现实技术在医疗领域的应用4.2.4 虚拟现实技术的产业现状与发展趋势4.3 教学方法采用讲授法，结合案例分析，让学生了解虚拟现实技术在不同领域的应用及产业发展情况。
第一章虚拟现实技术概述
6.虚拟现实系统的分类
在实际应用中，根据虚拟现实技术对沉浸程度的高低和交互程 度的不同，将虚拟现实系统划分为以下4种类型:
(1) 桌面式VR系统
它是利用个人计算机或图形工算机的 屏幕作为观察虚拟世界的一个窗口，通过各种输入设备实现与 虚拟世界的交互。
①基于头盔式显示器的系统
②投影式虚拟现实系统
③远程存在系统
沉浸式VR系统的特点 ① 高度的沉浸感。 ② 高度实时性。
利用头盔显示器和数据手套
等交互设备进行的飞机战斗游戏
(3) 增强式VR系统 它既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界
上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种 系统。常见的增强式VR系统有： ①基于台式图形显示器的系统。
②北京科技大学成功开发出了纯交互式汽车模拟驾驶培训系统。
③北京航空航天大学开发了直升飞机虚拟仿真器、坦克虚拟住 仿真器、虚拟战场环境观察器、计算机兵力生成器。
国内还有浙江大学、西安交通大学、南京大学、国防科技大学、 天津大学、北京理工大学、西北大学、山东大学、大连海事大 学和香港中文大学等高校以及其他民营研究机构进行了相关的 研究。
3.虚拟现实技术的发展简史
VR技术的发展大致分为3个阶段： 20世纪50年代到70年代末，是VR 技术的探索阶段； 20世纪80年代初期到80年代中期，是VR技术系统化、从实验
室走向实用的阶段；
20世纪80年代末期到达21世纪初，是VR技术高速发展的阶段。
4.虚拟现实系统的构成
典型的虚拟现实系统主要是由计算机、应用软件系统、输入 输出设备、用户和数据库等组成。如图：
科学性及 场 景的选
择性
虚拟世界基于真实数据建立的模型 场景画面根据材料或想像直 组合而成，属于科学仿真系统。操 接绘制而与真实的世界和数 纵者亲身体验三维空间，可自由选 据有较大的差距，属于演示 择观察路径，有身临其境的感觉 类艺术作品。只能按预先假
简介行业虚拟现实与增强现实方案
简介行业虚拟现实与增强现实方案第1章虚拟现实与增强现实概述 (3)1.1 虚拟现实技术发展历程 (3)1.2 增强现实技术发展历程 (4)1.3 行业应用概述 (4)第2章虚拟现实与增强现实技术原理 (5)2.1 虚拟现实技术原理 (5)2.1.1 视觉感知 (5)2.1.2 听觉感知 (5)2.1.3 交互性 (5)2.1.4 传感器技术 (5)2.2 增强现实技术原理 (5)2.2.1 显示技术 (6)2.2.2 识别与跟踪技术 (6)2.2.3 交互技术 (6)2.3 技术发展趋势 (6)第3章虚拟现实硬件设备 (6)3.1 头戴式显示器 (6)3.1.1 显示屏 (6)3.1.2 光学元件 (7)3.1.3 眼距调节与瞳距调节 (7)3.1.4 佩戴舒适度 (7)3.2 手持式控制器 (7)3.2.1 姿态追踪 (7)3.2.2 按键与触摸板 (7)3.2.3 传感器 (7)3.3 位置追踪设备 (7)3.3.1 外部传感器 (7)3.3.2 运动捕捉系统 (7)3.3.3 超声波定位 (8)3.3.4 视觉定位 (8)第4章增强现实硬件设备 (8)4.1 智能眼镜 (8)4.1.1 关键技术 (8)4.1.2 硬件架构 (8)4.1.3 行业应用优势 (8)4.2 手势识别设备 (8)4.2.1 手势识别技术 (9)4.2.2 硬件设备 (9)4.2.3 行业应用价值 (9)4.3 3D扫描设备 (9)4.3.1 3D扫描技术 (9)4.3.2 硬件设备 (9)4.3.3 行业应用作用 (9)第5章虚拟现实与增强现实软件开发 (10)5.1 开发环境与工具 (10)5.1.1 VR/AR开发引擎 (10)5.1.2 编程语言 (10)5.1.3 硬件与设备 (10)5.2 交互设计原则 (10)5.2.1 易用性 (10)5.2.2 真实感 (10)5.2.3 个性化 (10)5.3 虚拟现实与增强现实内容制作 (11)5.3.1 3D建模与纹理 (11)5.3.2 动画与特效 (11)5.3.3 声音设计 (11)5.3.4 交互逻辑与脚本 (11)第6章行业应用案例 (11)6.1 教育行业应用 (11)6.1.1 虚拟实验室 (11)6.1.2 历史场景重现 (11)6.1.3 跨地域远程教学 (11)6.2 医疗行业应用 (12)6.2.1 手术模拟与规划 (12)6.2.2 医学教育与培训 (12)6.2.3 康复训练 (12)6.3 房地产行业应用 (12)6.3.1 虚拟看房 (12)6.3.2 房屋设计与装修 (12)6.3.3 沙盘展示 (12)第7章娱乐与游戏领域 (12)7.1 虚拟现实游戏 (12)7.1.1 概述 (12)7.1.2 技术实现 (13)7.1.3 市场发展 (13)7.2 增强现实游戏 (13)7.2.1 概述 (13)7.2.2 技术实现 (13)7.2.3 市场发展 (13)7.3 娱乐行业的创新应用 (13)7.3.1 虚拟现实主题公园 (13)7.3.2 增强现实演出 (13)7.3.3 虚拟现实与增强现实电影 (13)7.3.4 虚拟偶像与虚拟演出 (14)7.3.5 电子竞技与虚拟现实 (14)第8章企业级应用 (14)8.1 企业培训与模拟 (14)8.1.1 VR与AR在企业培训中的应用 (14)8.1.2 培训效果提升 (14)8.2 设计与制造领域 (14)8.2.1 VR与AR在设计中的应用 (14)8.2.2 VR与AR在制造中的应用 (15)8.3 营销与展示 (15)8.3.1 VR与AR在营销中的应用 (15)8.3.2 展示效果优化 (15)第9章安全与隐私问题 (15)9.1 数据安全与隐私保护 (15)9.1.1 数据泄露风险 (15)9.1.2 隐私保护措施 (15)9.2 用户行为规范与法律法规 (16)9.2.1 用户行为规范 (16)9.2.2 法律法规 (16)9.3 技术风险与应对措施 (16)9.3.1 技术风险 (16)9.3.2 应对措施 (17)第10章未来发展趋势与挑战 (17)10.1 行业发展前景 (17)10.2 技术创新与突破 (17)10.3 面临的挑战与解决方案 (17)第1章虚拟现实与增强现实概述1.1 虚拟现实技术发展历程虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术起源于20世纪60年代，至今已走过半个多世纪的发展历程。
虚拟现实技术与增强现实技术
远程协作领域应用
1 2 3
虚拟会议室
通过增强现实技术，远程团队成员可以在一个共 享的虚拟空间中进行实时交流和协作，提高团队 协作效率。
远程指导
专家可以利用增强现实技术为远程用户提供实时 的指导和支持，解决用户在使用产品或服务过程 中遇到的问题。
3D模型共享
团队成员可以在增强现实环境中共享和编辑3D 模型，以便更好地理解和讨论设计方案或产品原 型。
核心技术原理
跟踪注册技术
通过计算机视觉、传感器等技术 对真实世界中的物体进行识别和 跟踪，将虚拟信息准确地注册到
真实世界中。
虚拟融合技术
将计算机生成的虚拟信息与真实世 界进行融合，使得虚拟信息能够自 然地叠加在真实世界上，提供更为 丰富的感官体验。
人机交互技术
通过手势识别、语音识别、触摸反 馈等方式，实现用户与增强现实系 统的自然交互，提高用户体验。
05
增强现实技术应用探 讨
市场营销领域应用
01
02
03
产品展示
通过增强现实技术，消费 者可以在购买前以更直观 、生动的方式查看产品的 外观、功能和特点。
互动体验
增强现实技术可以为消费 者提供与产品或品牌互动 的有趣体验，从而提高消 费者的参与度和忠诚度。
个性化营销
利用增强现实技术，企业 可以根据消费者的偏好和 需求，提供个性化的营销 信息和优惠活动。
应用领域及案例
• 教育领域：通过增强现实技术，可以将抽象的知识以更为直观、生动的方式展 现出来，提高学生的学习兴趣和效果。例如，利用增强现实技术制作的教育软 件可以让学生通过手机或平板电脑观察三维模型，进行互动式学习。
• 医疗领域：增强现实技术可以为医生提供更为准确、全面的病人信息，帮助医 生进行诊断和治疗。例如，医生可以利用增强现实技术在手术前对病人进行模 拟手术，提高手术的准确性和安全性。
虚拟现实技术课件第1章
1-14
1.2 虚拟现实的概念
虚拟现实的概念中有三个： （1）Immersion(沉浸)，是指逼真的，身临其境的感觉。 （2）Interaction(交互)，是指用户感知与操作环境。 （3）Imagination(想象)，是指创造性。
1968年，Ivan Sutherland研制成功了带 跟踪器的头盔式立体显示 器（Head Mounted Display，HMD）
1-7
1.1 虚拟现实技术的发展史
1972年，Nolan Bushnell开发出第一个交互式电子游 戏Pong
1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研 制出第一个数据手套——Sayre Glove
指基于网络构建的虚拟环境， 将位于不同物理位置的多个用 户或多个虚拟环境通过网络相 连接并共享信息，从而使用户 的协同工作达到一个更高的境 界。
主要被应用于远程虚拟会议、 虚拟医学会诊、多人网络游戏、 虚拟战争演习等领域。
1-34
1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5
1.3 虚拟现实技术的特征
沉浸感：
又称临场感，是指用户感到 作为主角存在于虚拟环境中 的真实程度。
VR技术最主要的特征。 影响沉浸感的主要因素包括
多感知性、自主性、三维图 像中的深度信息、画面的视 野、实现跟踪的时间或空间 响应及交互设备的约束程度 等。
1-17
1.3 虚拟现实技术的特征
想象力：
1-的虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应 用软件系统、输入输出设备和数据库来组成。
User 用户
虚拟现实(VR与增强现实(AR技术应用方案
虚拟现实（VR与增强现实（AR技术应用方案第一章：虚拟现实（VR）技术概述 (2)1.1 VR技术的发展历程 (2)1.2 VR技术的核心组成部分 (3)第二章：虚拟现实（VR）硬件设备 (4)2.1 头戴式显示器（HMD） (4)2.2 手柄与追踪设备 (4)2.3 虚拟现实交互设备 (5)第三章：虚拟现实（VR）软件平台 (5)3.1 VR内容创作工具 (5)3.1.1 Unity (6)3.1.2 Unreal Engine (6)3.1.3 VR Studio (6)3.2 VR应用程序开发框架 (6)3.2.1 OpenVR (6)3.2.2 OSVR (6)3.2.3 Unity XR Interaction Toolkit (6)3.3 VR内容分发平台 (7)3.3.1 SteamVR (7)3.3.2 Oculus Store (7)3.3.3 Viveport (7)第四章：增强现实（AR）技术概述 (7)4.1 AR技术的发展历程 (7)4.2 AR技术的核心组成部分 (8)第五章：增强现实（AR）硬件设备 (8)5.1 智能眼镜 (8)5.2 手机与平板电脑 (9)5.3 AR投影设备 (9)第六章：增强现实（AR）软件平台 (9)6.1 AR内容创作工具 (9)6.1.1 Unity AR Foundation (9)6.1.2 ARKit（iOS） (10)6.1.3 ARCore（Android） (10)6.1.4 Vuforia (10)6.2 AR应用程序开发框架 (10)6.2.1 ARKit（iOS） (10)6.2.2 ARCore（Android） (10)6.2.3 EasyAR (10)6.2.4 Wikitude (11)6.3 AR内容分发平台 (11)6.3.1 Apple App Store (11)6.3.2 Google Play (11)6.3.3 Vuforia Developer Services (11)6.3.4 Wikitude Studio (11)第七章：虚拟现实（VR）在教育领域的应用 (11)7.1 虚拟课堂 (11)7.1.1 概述 (11)7.1.2 应用场景 (12)7.1.3 技术实现 (12)7.2 虚拟实验 (12)7.2.1 概述 (12)7.2.2 应用场景 (12)7.2.3 技术实现 (12)7.3 虚拟实训 (12)7.3.1 概述 (12)7.3.2 应用场景 (12)7.3.3 技术实现 (13)第八章：增强现实（AR）在零售行业的应用 (13)8.1 虚拟试衣 (13)8.2 商品展示 (13)8.3 购物体验优化 (14)第九章：虚拟现实（VR）在医疗领域的应用 (14)9.1 虚拟诊疗 (14)9.1.1 概述 (14)9.1.2 应用场景 (15)9.1.3 技术特点 (15)9.2 虚拟手术 (15)9.2.1 概述 (15)9.2.2 应用场景 (15)9.2.3 技术特点 (15)9.3 康复训练 (16)9.3.1 概述 (16)9.3.2 应用场景 (16)9.3.3 技术特点 (16)第十章：增强现实（AR）在娱乐与游戏领域的应用 (16)10.1 虚拟现实游戏 (16)10.2 增强现实游戏 (16)10.3 虚拟现实娱乐体验 (17)第一章：虚拟现实（VR）技术概述1.1 VR技术的发展历程虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术作为一种新兴的信息技术，旨在通过计算机的模拟环境，为用户提供一种沉浸式的交互体验。
虚拟现实和增强现实
● 05
第五章 虚拟现实与增强现实的挑 战与机遇
技术挑战
虚拟现实和增强现实技术仍面临诸多技术挑战， 如延迟、分辨率、眩晕等问题。解决这些挑战 需要不断进行创新和技术突破，推动行业持续 发展。
隐私安全
用户数据保护 重要性不可忽视
加密技术 保障信息安全
隐私政策 制定合规规范
法律法规
合法性规范
01 技术应用遵从
增强现实技术被广泛应用于教育、医疗、军事、 企业等领域，例如通过AR眼镜操作直升机、在 手术中使用AR辅助等。
虚拟现实和增强现实的区别
虚拟现实
完全虚拟世界 用户无法看到真实环境
增强现实
叠加虚拟信息 可看到真实世界
设备需求
VR需要头戴式设备 AR可通过手机实现
虚拟现实技术应用
教育 虚拟实验室、虚拟旅行
2006年 Google推出了首个增强现实项 目Google Glass。
2016年 虚拟现实头戴设备Oculus Rift 正式发售，引领了虚拟现实技 术的新潮流。
虚拟现实技术未 来趋势
未来虚拟现实技术将更加智能化，融合人工智 能、大数据等技术，实现更沉浸式的虚拟体验。 虚拟现实将在教育、医疗、娱乐等领域得到更 广泛的应用。
虚拟现实是一种通过计算机技术模拟现实环境的技术， 用户通过头戴式显示设备可以沉浸在虚拟世界中。增 强现实是一种将虚拟信息叠加到真实世界中的技术， 用户通过手机或眼镜等设备可以看到增强的现实。
虚拟现实技术原理
头戴式显示设备 双眼显示不同画面
计算机图形学 生成虚拟世界
运动追踪器 跟踪用户动作
增强现实技术应 用
创新教学方式，提升学习效 率，使知识更加直观、生动。
2. 医疗保健
虚拟现实技术概论教案
虚拟现实技术概论教案第一章：虚拟现实技术概述教学目标：1. 了解虚拟现实技术的概念和基本特征。
2. 掌握虚拟现实技术的应用领域和发展前景。
教学内容：1. 虚拟现实技术的定义和基本特征。
2. 虚拟现实技术的应用领域，如游戏、教育、医疗等。
3. 虚拟现实技术的发展前景和挑战。
教学活动：1. 引入话题：通过介绍一些虚拟现实技术的实际应用案例，引发学生对虚拟现实技术的兴趣。
2. 讲解虚拟现实技术的概念和基本特征，引导学生理解虚拟现实技术的原理。
3. 分享一些虚拟现实技术的应用领域，让学生了解虚拟现实技术在不同行业中的应用。
4. 讨论虚拟现实技术的发展前景和挑战，让学生思考虚拟现实技术的未来发展方向。
作业与评估：2. 让学生选择一个虚拟现实技术的应用领域，并简要介绍该领域中的应用案例。
第二章：虚拟现实技术的原理与关键技术教学目标：1. 了解虚拟现实技术的工作原理。
2. 掌握虚拟现实技术中的关键技术，如三维建模、渲染、交互等。
教学内容：1. 虚拟现实技术的工作原理。
2. 虚拟现实技术中的关键技术，如三维建模、渲染、交互等。
3. 介绍一些常用的虚拟现实开发工具和平台。
教学活动：1. 引入话题：通过展示一些虚拟现实技术的实际应用案例，引发学生对虚拟现实技术工作原理的好奇心。
2. 讲解虚拟现实技术的工作原理，引导学生理解虚拟现实技术的实现过程。
3. 讲解虚拟现实技术中的关键技术，如三维建模、渲染、交互等，让学生了解虚拟现实技术的核心组成部分。
4. 介绍一些常用的虚拟现实开发工具和平台，让学生了解虚拟现实技术开发的工具和环境。
作业与评估：2. 让学生选择一个关键技术，如三维建模、渲染、交互等，并简要介绍该技术的作用和实现方法。
第三章：虚拟现实技术的应用领域教学目标：1. 了解虚拟现实技术在不同领域的应用。
2. 掌握虚拟现实技术在不同行业中的具体应用案例。
教学内容：1. 虚拟现实技术在游戏领域的应用。
2. 虚拟现实技术在教育领域的应用。
虚拟现实与增强现实技术手册
虚拟现实与增强现实技术手册虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）和增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术是近年来快速发展的前沿领域，它们通过电子设备模拟或增强人类感官，创造出与现实世界或虚构世界交互的体验。
本手册将介绍虚拟现实与增强现实技术的基本原理、应用领域以及相关的设备与软件。
第一章虚拟现实技术基础1.1 虚拟现实技术概述虚拟现实技术是一种通过计算机生成的仿真环境，使用户能够与虚拟环境进行互动。
它主要涉及计算机图形学、感知技术、人机交互等领域。
1.2 虚拟现实技术原理虚拟现实技术通过电子设备（如头戴式显示器、手柄等）将用户完全沉浸到计算机模拟的虚拟环境中。
它主要依靠三维图形渲染、头部追踪、手部追踪等技术实现。
1.3 虚拟现实技术应用虚拟现实技术广泛应用于娱乐、教育、医疗、军事、建筑等领域。
它为用户提供了身临其境的体验，扩展了交互与观察的可能性。
第二章增强现实技术基础2.1 增强现实技术概述增强现实技术是一种将虚拟信息与真实环境融合的技术，让用户能够直接在现实环境中获取增强的信息。
2.2 增强现实技术原理增强现实技术通过电子设备（如手机、平板电脑等）将虚拟信息叠加到真实环境中。
它主要依靠图像识别、感知技术、投影技术等实现。
2.3 增强现实技术应用增强现实技术广泛应用于游戏、广告、导航、教育等领域。
它能够为用户提供实时的、个性化的信息展示，丰富了用户对现实世界的感知。
第三章虚拟现实与增强现实的比较3.1 工作原理对比虚拟现实技术通过完全沉浸用户于虚拟环境中，而增强现实技术则是在现实环境中叠加虚拟信息。
3.2 应用领域对比虚拟现实技术主要应用于模拟体验、教育培训等领域，而增强现实技术主要应用于信息展示、实时导航等领域。
第四章虚拟现实与增强现实设备4.1 虚拟现实设备虚拟现实设备包括头戴式显示器（VR头盔）、手柄、定位追踪设备等。
其中，VR头盔是最为核心的设备，通过显示器和传感器来实现沉浸式体验。
虚拟现实与增强现实技术概论课件第1章 虚拟现实技术概论
1.1 虚拟现实技术的基本概念
1.1.4 虚拟现实的关键技术
高性能计算处理技术 虚拟现实主要基于以下几种技术实现： （1）基本模型构建技术。 （2）空间跟踪技术。 （3）声音跟踪技术。 （4）视觉跟踪与视点感应技术。 （5）计算处理技术。
1.1 虚拟现实技术的基本概念
1动态环境建模技术2实时三维图形生成和显示技术3新型交互设备的研制4智能化语音虚拟现实建模5分布式虚拟现实技术的展望6屏幕时代的终结本章小结本章简要介绍了虚拟现实和增强现实的概念和区别和相关知识
虚拟现实与增强现实 技术概论
计算机中心
第1章 虚拟现实技术概论
Virtual Reality - A Dream Turned Into Reality
这一目标的基础，三者之间是过程和结果的关系。
只需像在现实中那样伸出手来， 就可以和游戏世界的物体互动。 除了 VR 眼镜外不需要额外配 件，沉浸感更强。
1.1 虚拟现实技术的基本概念
1.1.2 虚拟现实技术的特征
2．交互性(Interaction) 虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，
使用者不仅可以利用计算机键盘、鼠标进行交互，而且能 够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。
1.4 虚拟现实技术的应用
VR的应用范围很广，诸如国防、建筑设计、工业 设计、培训、医学领域等。Helsel与Doherty早在1993 年就对全世界范围内已经进行的805项VR研究项目做了 统计，结果表明：VR技术在娱乐、教育及艺术方面的 应用占据主流，达21.4%，其次是军事与航空方面达 12.7%，医学方面达6.13%，机器人方面占6.21%，商业 方面占4.96%；另外，在可视化计算、制造业等方面也 有相当的比重。
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1.1 | 虚拟现实技术基本概念
交互性(Interaction) 虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用 计算机键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设 备进行交互。
传统的信息处理环境一直是人“适应”计
算机，而VR的目标或理念是要逐步使计算 机“适应”人，通过视觉、听觉、触觉、
1
嗅觉，以及形体、手势或口令，参与到信
息处理的环境中去，从而取得身临其境的
体验。
2
这种信息处理系统已不再是建立在单 维的数字化空间上，而是建立在一个 多维的信息空间中。虚拟现实技术就 是支撑这个多维信息空间的关键技术。
1.1 | 虚拟现实技术概述
VR是一门技术，也是一个平台，如互联网+一样也可以将其形容为VR+。 +是应用和融合。借助VR平台可将传统行业提升到一个崭新的技术层面和 形态。让人们更容易更直观了解事物的本质。强化对客观事物的认知。
• 虚拟（Virtual）是指环境是虚拟 的，是人为制造出来的，是存在于 计算机内部的。用户可以“进入” 这个环境中，以自然的方式与这个
虚拟现实与增强现实技术导论
第1章
虚拟现实技术概论
导学
内容与要求
掌握虚拟现实的基本概念、特征和分类。 了解虚拟现实技术的主要研究对象。 了解虚拟现实的核心技术。 了解虚拟现实技术的主要应用领域及未来发展趋势。
导论
VR：虚拟现实(Virtual Reality)，简称VR技术，是利用电脑模拟产生一个 三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟， 让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事 物。即借助计算机及最新传感器技术，创造的一种崭新的人机交互手段。
Virtual Reality - A Dream Turned Into Reality
社会需求
“女人试衣间”
1.1 | 虚拟现实技术基本概念
1.1.2 虚拟现实技术的特征
虚拟现实是一种借助计算机集成的技 术，即综合了计算机图形技术、计算 机仿真技术、传感器技术、显示技术 等多种科学技术，它在多维信息空间 上创建一个虚拟信息环境，能使用户 具有身临其境的沉浸感，具有与环境 完善的交互作用能力，并有助于启发 构思。所以说，沉浸-交互-想象力是 VR环境系统的三个基本特性。
用“眼球追踪”实现交互
用“真实场地”实现交互
1.1 | 虚拟现实技术基本概念
想像力(Imagination) 指用户通过沉浸在“真实的”虚拟环境中，进行各种交互，得到感性和 理性的认识，从而深化概念，萌发新意，产生认识上的飞跃。如图所示， 图1是图2的复古版。
图1复古版
图2 现实版
1.1 | 虚拟现实技术基本概念
虚拟现实系统的3I特征：
沉浸感 （Immersion）
交互性 （Interaction）
想象力 （Imagination）
其中沉浸是目的，交互和想象力是手段。虚拟技术的核心是建模与仿真。
1.1 | 虚拟现实技术基本概念
沉浸感又称临场感（Immersion） 沉浸感是虚拟现实最终实现的目标，其他两者是实现这一目标的基础，三 者之间是过程和结果的关系。
虚拟现实的四要素包括：
虚拟世界
01
02 沉浸
（身体和精神沉浸）
交互性
04
03 感觉反馈
虚拟现实不仅是一个用户与终端的接口，而且可以获取新的知识，提高感性和理性认识，从而产生 新的构思。而将这种构思结果输入到系统中，再将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。 如此反复，这是一个学习——创造——再学习——再创造的过程，虚拟现实是启发人的创造性思 维的活动。
环境进行交互。
虚
拟
交
互
• 所谓交互是指在感知环境和干预环
境中，让用户产生置身于相应的真
实环境中的虚幻感，沉浸感，即身
临其境的感觉。
1.1 | 虚拟现实技术基本概念 1.1.1 虚拟现实技术的定义
虚拟现实就是一种高端人机接口。包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多 种通道的实时模拟和实时交互。虚拟现实技术利用计算机图形学构造出酷似真实 世界的场景。这个合成世界并非静态，它可根据用户输入做出响应。由此定义了 虚拟现实的关键特征，即实时交互性。
体验式建筑虚拟仿真平台
1.3 | 虚拟现实系统的分类
2．沉浸式虚拟现实系统的类型 （1）头盔式虚拟现实系统。 （2）洞穴式虚拟现实系统。 （3）座舱式虚拟现实系统。 （4）投影式虚拟现实系统。 （5）远程存在系统。
洞穴式 投影式 座舱式
1.2 | 虚拟现实系统的分类
1.2.2增强虚拟现实系统
通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟 的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
3
CAD软件进行调用和互联的集成环
境。
1.2 | 虚拟现实系统的分类
虚拟现实系统按其功能不同，可分成4种类型：
沉浸式虚拟现实 系统
增强现实型的虚 拟现实系统
桌面式虚拟现实 系统
分布式虚拟现实 系统
1.2 | 虚拟现实系统的分类
1.2.1沉浸式虚拟现实系统
沉浸式虚拟现实系统（Immersive VR）是指为用户提供完全沉浸的 体验，使其有一种完全置身于虚拟世界之中的感觉。
虚拟现实实现的软件支持
在软件方面，除一般所需的软件支撑环境外，主要是提供一个 产生虚拟环境的工具集或产生虚拟环境的“外壳”，至少应具有以 下功能。
能够接受各种高性能传感器的
信息，如头盔显示器、数据手
1
套、数据衣的跟踪信息。
2
能够生成立体的显示图形。
能把各种数据库（如地形地貌数据
库、物体形象数据库等）、各种
它通常采用头盔式显示器、洞穴式立体显示 等设备，把参与者的视觉、听觉和其他感觉 封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空 间，利用空间位置跟踪定位设备、数据手套、 其它手控输入设备、声音设备等使得参与者 产生一种完全投入并沉浸于其中的 | 虚拟现实系统的分类
1．沉浸式虚拟现实系统的特点 （1）具有高度的实时性。 （2）高度沉浸感。 （3）具有强大的软硬件支持。 （4）并行处理能力。 （5）良好的系统整合性。